接地距离保护_段的精确整定计算方法_范春菊

　第29卷第9期　2010年9月

实验室研究与探索

RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORY

Vol.29No.9　

Sep.2010　

接地距离保护Ⅱ段的精确整定计算方法

范春菊

(上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240)

摘　要:通过实例,分析了接地距离保护的接线方式及其意义,在考虑继电保护的基本要求,即选择性,灵敏性和可靠性的基础上,推导了接地距离Ⅱ段保护的整定值计算,既考虑到正序、零序参数之间的配合,又考虑到故障类型之间的配合,即单相接地短路和两相接地短路之间的配合。该推导过程可以帮助

学生更加深刻体会到继电保护选择性的重要性,也可以提高学生分析问题、解决问题的能力。关键词:接地距离保护;整定计算;分支系数

中图分类号:TM713　　　文献标识码:A　　　文章编号:1006-7167(2010)09-0049-04

StudyofAccurateSettingMethodforZone2of

GroundedDistanceProtection

FANChun-ju

(SchoolofElectronic,InformationandElectricalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract:Themodeofconnectionofgroundeddistanceprotectionwasanalyzedindetailwiththepracticalexample.Onthebasisoftherequirementoftherelayprotection,namely,selectivity,sensitivityandreliability,thesettingcalculationofZone2ofGroundedDistanceProtectionwasderivedindetail,notonlyconsideringthecoordinationofsuchparametersas

positiveandzerosequence;butalsoconsideringthefaulttypesuchassinglelinegroundfaultandtwo-linegroundedfault.Thedeductioncoursecanhelpthestudentsunderstandtheimportanceoftheselectivityoftherelayprotectionandimprovethestudents'abilitytosolvetheproblemmetinworkaswell.

Keywords:grounddistanceprotection;settingcalculation;branchingcoefficient

1　引　言

在考虑距离保护的Ⅱ段整定时,都只讨论相间距离保护的Ⅱ段与相间距离保护Ⅰ段的配合,对于接地距离保护,常常认为等同于相间距离保护的整

[1-8]

定方式。在大电流接地系统中,接地距离保护的整定不仅要考虑故障相电流,还要考虑零序电流。文献[9]中讨论了同杆双回线的接地距离保护的Ⅰ段的整定,但是,接地距离Ⅱ段还是按照相间距离保护之间的配合来整定的。文献[10]中讨论了接地距离Ⅱ段的整定计算方法,但是,不够详细。文献[11]中详细研究了接地距离保护与各种保护Ⅰ段的配

收稿日期:2010-04-06

作者简介:范春菊(1967-),女,江苏海门人,博士,副教授,主要研究方向为电力系统继电保护及其综合自动化,智能电网。

Tel.:021-34204290,[1**********];E-mail:[email protected]

合。事实上,接地距离保护的Ⅱ段整定,不仅要跟接地距离的Ⅰ段相配合,还要考虑各序分支系数以及故障类型等。

本文通过实例,分析了接地距离保护Ⅱ段的整定计算方法以及应该考虑的因素,也讨论了简化整定计算的系统运行条件,该推导方法可以帮助学生更加深刻掌握电力系统的故障分析方法,也有助于帮助学生理解继电保护的选择性。

2　接地距离保护的接线方式及其Ⅰ段的整定

在大电流接地系统中,当线路发生接地短路时,故障相电压与故障相电流之比大于其线路正序阻抗值,即故障相的母线电压值不等于故障相电流与其线路母线至短路点间正序阻抗的乘积。为了使接地距离正确反映故障线路正序阻抗值,必须在接地距离中引入零序补偿系数。

　50实　验　室　研　究　与　探　索

的测量阻抗为:

IIZZAZ1+0(0-1)

Z=ZJA1··

I3IA+0K

·

·

·

·

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·

第29卷

　

(1)

·

　　方程式(1)说明,如果采用以上接线方式,即UJ=

图1　接地距离保护的测量阻抗分析图

UI3KIA,IJ=A+0,则阻抗继电器能正确测量保护安装

　　单回线输电线路如图1所示。当线路Y端附近发生A相接地短路时,母线X的A相电压为:

·

处到故障点的距离。在实际应用中,Z0与Z1的相角差很小,可以近似认为arg(Z≈0,因而K是0/Z1)

实数。

U(UI(UI(UIA=d1+a1Z1)+d2+a2Z2)+d0+a0Z0)=

(UUU+IIId1+d2+d0)a1Z1+a2Z2+a0Z0

　　A相接地点电压

·

·

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·

·

·

······

3　整定配合图例说明

对于图2所示的系统,L1、L2为输电线路,线路

UUUU0dA=d1+d2+d0=

令ZZ处(保护安装处)的测量电压为:1=2,则母线X

·

···

L处。2的接地距离Ⅰ段的保护末端在线路L2的85%假设保护范围末端短路,则流过线路L负序2的正序、和零序分别为I流过线路L21,I22,I20;1的各序电流为I负序和零序的分支系数分别为11,I12,I10,正序、KfZ1,KfZ2,KfZ0。Z11,Z12,Z10为线路L1的正负零序阻抗,Z21,Z22,Z20为线路L2的接地距离Ⅰ段保护范围末端所对应的各序阻抗。精确求取线路L1保护安装

处的测量阻抗,就可以对接地距离Ⅱ段进行精确整定

。

·

·

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·

·

·

UIIIA=a1Z1+a2Z2+a0Z0=

(IIIZIZZa1+a2+a0)1+a0(0-1)=

··

··

···

IZZAZ1+Ia0(0-1)

·

·

·

·

·

·

·

而故障相电流IIII3IA=a1+a2+a0,且IA=a0,若引入零序电流补偿系数K后,则流入故障相电流为IJA,取

·

·

·

II3I,K=(ZZ/(3Z,则保护安装处JA=A+0K0-1)1)

图2　接地距离保护Ⅱ段整定配合分析图

4　接地距离保护Ⅱ段的精确整定计算

由于接地距离保护的接线方式是采用相电流带补偿电流的方式,接地距离保护Ⅱ段的整定计算,不仅需要考虑正序分支系数,也要考虑零序分支系数、零序分量之间的配合;另外,由于是接地短路,还要考虑故障类型,要对于单相接地短路和两相接地短路分别进行讨论。4.1　单相接地短路

对于图2所示的系统,在考虑带有零序补偿电流接线方式情况下,输电线路L2的Ⅰ段的整定阻抗为Z′K′Z0.85Zdz.2=K1L2=d,Zd为保护安装处到保护范围末端的阻抗。当保护范围末端发生单相接地短路时,可以根据Zd测量保护1所测量到的测量电压,测量电流和测量阻抗,只要躲开这个测量阻抗,那么保护1的Ⅱ段的整定值具有绝对的选择性。先设定线路L1

[12]

和L2的零序补偿系数分别为:

ZZZZ10-1120-21

3K,　3KL1L2ZZ1121

当线路L2的接地距离保护Ⅰ段的保护范围末端发生A相接地短路时,在保护安装处测量到的电压为:

····

UUUUJ=1+2+0

···

···

···

···

UUII1=K1+21Z21+11Z11UUII2=K2+22Z22+12Z12

UUII0=K0+20Z20+10Z10

其中:ZZ11,Z12,Z10为线路L1的正负零序阻抗;21,Z22,Z20为线路L2的接地距离Ⅰ段保护范围末端对应的各序阻抗。考虑到图2所示的系统的接线以及各序的分支系数,则流过2条输电线路的各序电流之间的关系如下:

　第9期

范春菊:接地距离保护Ⅱ段的精确整定计算方法51　

IK,I21=KfZ1I11,I22=KfZ2I12(fZ1=KfZ2)20=KfZ0I10,

其中,KfZ1,KfZ2,KfZ0为正负零序的分支系数。则保护安装处的测量电压为:

·

式中:K零序助增系数;KfZ1、KfZ0分别为正序、L1、KL2分别为线路LZ1、L2的零序补偿系数;1为线路L1的正序阻抗;Z′为相邻线路(也就是线路L接地距离Ⅰ段dZI2)阻抗定值,I线路L的正序、零1,I0,I 为流过本线路(1)序、短路相电流。

若两条输电线路型号相同,则KKL1=L2,同时,如果系统的各序分支系数相等,即KKfZ1=fZ0,则保护1的Ⅱ段的接地距离保护的整定值可以略去算式中最后一项,结果为

Z″ZK′)dZ∏=KK(1+fZZdZI

该整定方式与相间距离保护完全相同。4.2　两相接地短路

当线路LC两相接地2发生两相接地短路时,以B短路为例进行计算。此时,短路点的各序电流不再相

等,但是,相电流还是等于各序电流之和,保护安装处的测量电压为

UZI3KZKJ=11( +L1I10)+21[KfZ1I11+fZ2I12+

K3K1)II3KfZ0(L2+10]=Z11( +L1I10)+Z3KI21[KfZ0(L1I10)+KfZ1( -I10)-KfZ0I +

·

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·

UUIIUIJ=K1+21Z21+11Z11+K2+22Z22+

·

·····

IIIU12Z12+UK0+20Z20+10Z10=(K1+

·

····

UU(IIK2+K0)+11Z11+I12Z12+10Z10)+(III21Z21+22Z22+20Z20)

电压为零,即UUUU0,则AK=K1+K2+K0=

·

·

·

·

·

·

·

·

····

(2)

　　在保护范围末端发生接地短路时,短路点的A相

U(IIIJ=11Z11+12Z12+10Z10)+

(III21Z21+22Z22+20Z20)=ZI3K(K11( +L1I10)+fZ1I11Z21+

KKfZ2I12Z22+fZ0I10Z20)

　　因为是单相接地故障,则在故障线路L2上,各序电流相等,即III21=22=20,考虑到各序的分支系数,流过保护安装处的各序的电流之间的关系为KKKfZ1I11=fZ2I12=fZ0I10则保护安装处的测量电压为:

·

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·

·

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·

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·

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·

(7)

UZI3K+ZKJ=11( +L1I10)21[KfZ1I11+fZ2I12+

K3K1)II3K+fZ0(L2+10]=Z11( +L1I10)ZIII3K-3K21[KfZ0(10+11+12+L1I10)L1KfZ0I10+3KKKKKL2KfZ0I10+fZ1I11+fZ2I12-fZ0I11-fZ0I12]=ZI3K+ZI3K+11( +L1I10)21[KfZ0( +L1I10)2(KKI3(KKKfZ1-fZ0)11+L2-L1)fZ0I10]

保护安装处的测量阻抗如下式所示:

UUJJ

Z=ZKJ11+Z

21fZ0+···

II3KJ +L1I10

2(KIKKfZ1-KfZ0)11+3(L2-KL1

)fZ010

··

·

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·

··

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····

K3KfZ0I10+3KL2KfZ0I10-L1KfZ0I10]=ZI3KZI3K11( +L1I10)+21[KfZ0( +L1I10)+(KK(IIKKfZ1-fZ0) -10)+3(L2-KL1)fZ0I10]　　保护安装处的测量阻抗为:UJ

Z=ZZKJ11+21fZ0+

I3KI +10　

(KK)(II+3(KKKfZ1-fZ0) -10)L2-L1)fZ010

I3KI +10

(8)

去掉所有的相量标记,保护1的Ⅱ段接地距离保护的整定值如下式所示:

(4)

ZK′dZ∏=KKZ1+fZ0ZdZI+　

(KK(II3(KKKfZ1-fZ0) -0)+L2-L1)fZ0I0

Z′dZI+K3I 0

(9)

(5)

　　若两条输电线路型号相同,则KKL1=L2,同时,如果系统的各序分支系数相等,即KKfZ1=fZ0,则保护1的Ⅱ段的接地距离保护的整定值可以略去算式中最后一项,结果即成为方程式(7)。

从以上的分析中可以看出,接地距离保护的Ⅱ段

的整定值,不应该只考虑正序阻抗之间的配合,还应该考虑零序分支系数,零序网络的特征。对于大电流接地系统,由于变压器中性点接地数目以及接地点与系统的电源没有直接的关系,零序网络的零序电流的分

·

·

·

·

·

·

·

(3)

I3K +L1I10

则保护1的Ⅱ:

ZZKzdⅡZ11+21fZ0+

2

(KKI3(KKKfZ1-fZ0)11+L2-L1)fZ010

·

·

·

·

I3K +L1I10

而保护2的Ⅰ段的整定阻抗就是ZZzdI=21。去掉所有的相量标记,保护1的Ⅱ段接地距离保护的整定值如下式所示:

ZK′dZ∏=KKZ1+fZ0ZdZI+

2(KKI3(KKKfZ1-fZ0)11+L2-L1)fZ0I10

Z′(6)dZI+K3I L110

　52实　验　室　研　究　与　探　索

力出版社,2006.

第29卷　

配也就跟正序网络之间只有间接的关系,如果是粗略整定计算,那么接地距离Ⅱ段保护可以与相间距离保护Ⅱ段的整定相同;如果系统的运行方式变化比较多,那么,接地距离Ⅱ段保护的精确整定,应该考虑方程式(6)和(9)的整定模式。

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5　结　语

本文分析了接地距离保护Ⅱ段的整定计算原则和方法,通过实例分析,不仅使得学生更加清楚地掌握序分量法的应用,也可以提高学生的分析问题、解决问题的能力。在本文的分析过程中,学生还应了解继电保护的基本要求,即选择性的本质特征。在比较复杂的电力系统网络中,由于中性点接地点位置与电源无关,接地点的数目也随着运行方式的变化而变化,为了保证保护的选择性,接地距离保护Ⅱ段的整定值不是仅仅考虑正序阻抗之间的配合,正序电流之间的分支系数,还要考虑零序阻抗之间的配合,零序网络的分支系数。另外,由于接地短路时的电气量特征是不一样的,进行接地距离保护Ⅱ段整定计算时,还要考虑故障类型。

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(上接第58页)

系统的Lyapunov指数收敛。因此,Matlab可以描述FitzHugh-Nagumo系统的非常有规律的动力学行为,达到机器学习的实验教学效果。

Matlab具有强大的编程计算功能,可以进行很好的科学计算实验,学生可以自己动手编程,进行数学建模

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,设计函数和进行调用。本次仿真噪声诱导的

FitzHugh-Nagumo系统达到了良好的教学效果,学生反映,比起C++,Java语言,Matlab更加直观,学习能力

更强,图形效果更能表现系统的动力学行为,取得了在动手中提高科学计算能力,对数据挖掘的理解更深刻的实验教学效果。参考文献(References):

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